非弹性额外 U(1) 带电标量暗物质

暗物质直接探测实验的零结果意味着，在很宽的暗物质质量范围内，标量暗物质（DM）通过 Higgs 玻色子交换湮灭到底夸克对目前的截面小于约 $10^{-31}$ cm$^3/$s，远小于热遗迹 DM 所需的湮灭截面。我们提出了一种热遗迹 DM 模型，其当前湮灭截面被极度压低。这一性质可在额外 $U(1)$ 规范相互作用的复标量 DM 中实现，其中热 DM 丰度由规范相互作用下的共湮灭决定，而当前湮灭由 Higgs 玻色子交换过程主导。DM 与额外 $U(1)$ 破缺 Higgs 场之间的相互作用在 DM 与其共湮灭伴游之间产生微小质量分裂，使共湮灭成为可能，同时也使直接 DM 搜寻中由 $Z'$ 介导的与核子的散射成为非弹性。我们考虑了 $U(1)_{B-L}、U(1)_{(B-L)_3}$ 和 $U(1)_{L_\mu-L_\tau}$ 扩展模型中的标量暗物质，并确定了可行的参数区域。我们还讨论了其对未来 DM 探测实验、球状星团 47 Tucanae 中伽马射线超出的 DM 解释、缪子反常磁矩、Hubble 张力等方面的各种启示。